單片機的鍋爐系統(tǒng)

1、微處理器原理與接口課程設(shè)計設(shè)計題目：單片機的鍋爐報警系統(tǒng)學(xué) 院：電子工程學(xué)院年 級：專 業(yè)：姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師： 年 月 日目錄1緒論.1 1.1背景資料.1 1.2鍋爐系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)及工作原理.1 1.3系統(tǒng)簡介.22設(shè)計原理及論證.3 2.1設(shè)計原理.3 2.2方案論證.33系統(tǒng)硬件設(shè)計.4 3.1單片機最小系統(tǒng).4 3.2A/D轉(zhuǎn)換電路.5 3.3熱敏電阻電路.5 3.4顯示電路.6 3.5報警電路.84軟件設(shè)計.8 4.1主程序流程圖設(shè)計.8 4.2AD轉(zhuǎn)換及LED顯示流程圖.95相關(guān)程序.106結(jié)論.13參考文獻(xiàn).141.緒論 1.1背景資料當(dāng)今，環(huán)境與發(fā)展已成為人類社會面臨的

2、兩大課題，而這些問題的解決無一不與能源密切相關(guān)。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國煤產(chǎn)量的三分之一。同時，鍋爐燃用的主要是中、低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴(yán)重；而且鍋爐形式比較陳舊，生產(chǎn)效率和自動化程度低，這又進(jìn)一步加重了環(huán)境污染的程度。因此，調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，逐步提高使用液體燃料和氣體燃料的比例是加強環(huán)境保護(hù)、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的措施之一。其中油、氣燃料作為優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保型清潔能源有著廣闊的應(yīng)用前景。我國的鍋爐生產(chǎn)自動化程度長期以來一直都較發(fā)達(dá)國家落后許多。目前運行的各行業(yè)的鍋爐有50多萬臺，其中相當(dāng)一部分還在使用常規(guī)儀表進(jìn)行控制，有的甚至還處在人工加常規(guī)儀表的半自動控制狀態(tài)。這樣不僅難

3、以做到平穩(wěn)操作，安全生產(chǎn)也沒有確定的保證，人工的勞動強度大，生產(chǎn)條件差。工業(yè)鍋爐現(xiàn)在仍然是工業(yè)生產(chǎn)和生活上應(yīng)用廣泛的熱能動力設(shè)備，如果能順應(yīng)發(fā)展將其智能化，不僅能節(jié)省人力物力，還能有效的防止事故的發(fā)生。 1.2鍋爐系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)及工作原理鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備.其作用就是有效地把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，或再通過相應(yīng)設(shè)備將熱能轉(zhuǎn)化為其它生產(chǎn)和生活所需的能量形式，長期以來在生產(chǎn)和居民生活中都起很重要的作用。鍋爐是工業(yè)過程中不可缺少的動力設(shè)備，鍋爐的任務(wù)是根據(jù)外界負(fù)荷的變化，輸送一定質(zhì)量(汽壓、汽溫)和相應(yīng)數(shù)量的蒸汽。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥等過程提供熱源，而

4、且還可以作為風(fēng)機、壓縮機、泵類驅(qū)動透平的動力源。鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成的?！板仭本褪清仩t的汽水系統(tǒng)，如圖1-1所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、過熱器5、上升管7、給水調(diào)節(jié)閥2、給水母管1及蒸汽母管6等組成。鍋爐的給水用給水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收煙氣的熱量，使溫度升高到本身壓力下的沸點，成為飽和水然后引入汽包。汽包中的水經(jīng)下降管進(jìn)入鍋爐底部的下聯(lián)箱，又經(jīng)爐膛四周的水冷壁進(jìn)入上聯(lián)箱，隨即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收爐內(nèi)火焰直接輻射的熱，在溫度不變的情況下，一部分蒸發(fā)成蒸汽，成為汽水混合物。汽水混合物在汽包中分離成水和汽，水和給水一起再進(jìn)入下降管參加循環(huán)，汽則由汽包頂部的管

5、子引往過熱器，蒸汽在過熱器中吸熱、升溫達(dá)到規(guī)定溫度，成為合格蒸汽送入蒸汽母管。圖1-1鍋爐的汽水系統(tǒng)“爐”就是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，由爐膜、煙道、噴燃器、空氣預(yù)熱器等組成。鍋爐燃料燃燒所需的空氣由送風(fēng)機送入，通過空氣預(yù)熱器，在空氣預(yù)熱器中吸收煙氣熱量，成為熱空氣后，與燃料按一定的比例進(jìn)入爐膛燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽。然后經(jīng)過過熱器，形成一定的過熱蒸汽，匯集到蒸汽母管。具有一定壓力的過熱蒸汽，經(jīng)過負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供負(fù)荷設(shè)備使用。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，其中含有大量余熱，除了將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還預(yù)熱鍋爐給水和空氣，最后經(jīng)煙囪排入大氣。 1.3系統(tǒng)簡介 單片機是現(xiàn)當(dāng)今

6、非常實用的操控系統(tǒng)，很多的智能化控制都可以用其實現(xiàn)。單片機由CPU、存儲器、輸入、輸出等部件組成，相當(dāng)于一臺微型計算機。隨著技術(shù)的進(jìn)步它的性能不斷提高和完善，具有體積小、速度快、功耗低、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強的特點。為了實現(xiàn)對鍋爐的溫度監(jiān)測和報警本文介紹了一種以單片機i80c31為核心的控制模塊，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并結(jié)合數(shù)碼管、報警電路為一體的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。將熱敏電阻傳感器采集到的模擬量傳給ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再傳給單片機進(jìn)行控制，實現(xiàn)溫度顯示和報警。2.設(shè)計原理及論證 2.1設(shè)計原理利用51單片機作為主控制器，將熱敏電阻組成的傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換

7、后的結(jié)果發(fā)送給單片機，單片機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)首先進(jìn)行LED顯示，然后判斷此溫度值與事先設(shè)定的鍋爐溫度上下限度的大小關(guān)系，如果低于下限黃燈亮，如果高于上限值綠燈亮，正常則無變化。整體框圖如下：LED顯示單片機溫度傳感器LED燈報警A/D 2.2方案論證單片機應(yīng)用在檢測、控制領(lǐng)域中具有如下特點，單片機具有體積小、重量輕、功能強、功耗低、運行速度快、抗干擾能力強、性價比高、可靠性高等特點，結(jié)構(gòu)靈活，數(shù)據(jù)基本上都在單片機內(nèi)部傳送，易于組成各種微機應(yīng)用系統(tǒng)。它既可用于工業(yè)自動控制等場合，又可用于機電一體化產(chǎn)品、智能儀器、測量儀器、醫(yī)療儀器、家用電器等領(lǐng)域，在過程控制、計算機網(wǎng)絡(luò)及通訊等方面得到廣泛應(yīng)用。

8、A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等。以上兩個方面就可以看出設(shè)計的方案的主要部分理論是可以實現(xiàn)的，并且根據(jù)現(xiàn)在的熱門發(fā)展方向用單片機制作有很多的優(yōu)勢和便利，所用到的ADC0809也是極其普遍常用的模塊，由于本設(shè)計并不需要太高的精度，不必使用位數(shù)更高的AD來進(jìn)行設(shè)計。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)該設(shè)計中除了熱敏電阻電路其余電路均由實驗臺提供

9、，實驗臺上提供了51單片機的最小系統(tǒng)并做了相關(guān)設(shè)定。1）、微處理器：i80c31，它的P1口、P3口皆對用戶開放，供用戶使用。2）、時鐘頻率：6.0MHz3）、存儲器：程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，最多可達(dá)64k，板載ROM(監(jiān)控程序27C256)12k；RAM1(程序存儲器6264)8k供用戶下載實驗程序，可擴(kuò)展達(dá)32k；RAM2(數(shù)據(jù)存儲器6264)8k供用戶程序使用，可擴(kuò)展達(dá)32k。(RAM程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器不可同時擴(kuò)至32k，具體與廠家聯(lián)系)。（見圖1-1：存儲器組織圖）。在程序存儲器中，0000H-2FFFH為監(jiān)控程序存儲器區(qū)，用戶不可用，4000H-5FFFH為用戶實驗程序存

10、儲區(qū)，供用戶下載實驗程序。數(shù)據(jù)存儲器的范圍為：6000H-7FFFH，供用戶實驗程序使用。注意：因用戶實驗程序區(qū)位于4000H-5FFFH，用戶在編寫實驗程序時要注意，程序的起始地址應(yīng)為4000H，所用的中斷入口地址均應(yīng)在原地址的基礎(chǔ)上，加上4000H。例如：外部中斷0的原中斷入口為0003H，用戶實驗程序的外部中斷0的中斷程序入口為4003H。中斷名稱 8051原中斷程序入口 用戶實驗程序響應(yīng)程序入口外中斷0 0003H 4003H定時器0中斷 000BH 400BH外中斷1 0013H 4013H定時器1中斷 001BH 401BH串行口中斷 0023H 4023H表1-1：用戶中斷程序入

11、口表利用這些提供的基本硬件電路就可以進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計。 3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路電路原理：八路八位A/D實驗電路由一片ADC0809，一片74LS04，一片74LS32組成，該電路中，ADIN0ADIN7是ADC0809的模擬量輸入插孔，CS0809是0809的AD啟動和片選的輸入插孔，EOC是0809轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，高電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。齊納二極管LM336-5提供5V的參考電源，ADC0809的參考電壓，數(shù)據(jù)總線輸出，通道控制線均已接好。由于本設(shè)計只需要一個模擬輸入量，規(guī)定運用IN0口，在設(shè)計時將片選信號CS0809接CS0口，轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位EOC接INT0，然后通過編程進(jìn)行控制，下圖為實驗臺AD

12、0809模數(shù)轉(zhuǎn)換部分。 3.3熱敏電阻電路熱敏電阻為一種阻值隨溫度變化的電阻，按其變化關(guān)系可分為兩類：正溫度系數(shù)（簡稱PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（簡稱NTC）。PTC元件的阻值隨溫度的上升而上升，NTC元件的阻值隨溫度的上升而下降。本模塊中使用的為NTC型熱敏電阻,在常溫(25)下其阻值為10K。通過熱敏電阻的電阻隨著溫度變化的特點，再通過公式計算可以得出電壓和溫度變化的關(guān)系，再將得到的電壓值送給AD轉(zhuǎn)換為八位二進(jìn)制數(shù)，再通過公式轉(zhuǎn)換為溫度值給顯示電路顯示。其電路如下：圖中J1、J2、J3分別對應(yīng)于模塊上的V1、Vzero、Vout插孔，R3對應(yīng)與ZERO電位器，用于偏置電壓調(diào)節(jié)；R9對應(yīng)于GAIN

13、電位器，用于增益調(diào)節(jié)。使用時，可先將電路增益調(diào)節(jié)為1，具體做法如下：調(diào)節(jié)ZERO電位器，使Vzero為0V，用萬用表分別測量V1、VOUT端電壓，調(diào)節(jié)GAIN電位器，使V1=Vzero，此時電路增益為1。這樣輸出的電壓就可以直接帶入計算公式算出相應(yīng)溫度。 3.4顯示電路單片機應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器），這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)，它們的驅(qū)動電路簡單、易于實現(xiàn)且價格低廉，因此，得到廣泛應(yīng)用。常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、LED七段顯示器（俗稱數(shù)碼管）和LED十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯

14、示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示；LED十六段顯示器用于字符顯示。由于本系統(tǒng)中沒有顯示字符，故而選擇數(shù)碼管就可以滿足要求了。本系統(tǒng)選用數(shù)碼管來顯示鍋爐的運行是否正常。數(shù)碼管靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數(shù)碼管的8個字段分別與一個8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O口控制；各位的位選線

15、（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時間。黃燈報警Y各個模塊初始化LED顯示紅燈報警AD信號采集處理NAD值是否越上界Y主

16、程序的設(shè)計從初始化各個模塊開始，然后通過AD0809完成對信號的采集與處理，將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號以后，所采集的信號輸入單片機，通過單片機判斷所采集的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)相比較，看是否所采集的數(shù)據(jù)超過了預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)，若超出預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)，則程序直接跳入報警電路，若沒有越界則在數(shù)碼管上循環(huán)顯示。4.2 AD轉(zhuǎn)換及LED顯示流程圖開始從R1,R2,R3中取轉(zhuǎn)換結(jié)果，前半字節(jié)分別送50，52，54H，后半字節(jié)送52,53,55H單元啟動通道0通道號00送R4關(guān)中斷開中斷寫顯示緩沖器RAM命令字等待啟動通道1顯示單元首址50H送R0通道號01送R4從顯碼表中取相應(yīng)的段顯碼段顯碼輸出開中斷等待R0指向下一個顯示單元

17、啟動通道2R7計數(shù)值減一，等于0？通道02送R4延時開中斷 等待通過以上的程序流程圖設(shè)計AD轉(zhuǎn)換程序，可以將電壓值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，在實際操作中發(fā)現(xiàn)AD采樣會因為干擾而產(chǎn)生誤差導(dǎo)致溫度產(chǎn)生誤差，可以通過多次采樣來判斷到底是干擾還是正確值。最終可以在數(shù)碼管上看到測量溫度。4. 相關(guān)程序根據(jù)所學(xué)知識設(shè)計中相應(yīng)的程序利用匯編語言編寫。AD0809IN0 EQU 0CFA0H ;ADC0809的CS信號，選中IN0CON8279EQU 0CFE9H ;8279控制口地址DATA8279 EQU 0CFE8H ;8279數(shù)據(jù)口地址ORG 0000HLJMP START0ORG 0100HSTART0:MO

18、V DPTR,#CON8279 ;8279命令口地址MOV A,#0D1H ;清顯示命令字MOVX DPTR,AWAIT: MOVX A,DPTRJB ACC.7,WAITSTART: MOV DPTR,#AD0809IN0 ;啟動通道0MOVX DPTR,AMOV R6,#0FFHLOOP1: DJNZ R6,LOOP1 ;等待轉(zhuǎn)換結(jié)果MOVX A,DPTRMOV R1,AL0: MOV A,R1SUBB A,#54HJNC L1MOV R2,#0AHMOV R3,#03BHMOV R4,#19HMOV 50H,#01H ;10攝氏度MOV 51H,#00HMOV R7,#00HLCALL

19、JIALCALL CLLJMP LOOPL1:MOV A,R1SUBB A,#6FHJNC L2MOV R2,#09HMOV R3,#054HMOV R4,#19HMOV 50H,#02HMOV 51H,#00HMOV R7,#01HLCALL JIALCALL CLLJMP LOOPL2:MOV A,R1SUBB A,#7DHJNCL3MOV R2,#05HMOV R3,#06FHMOV R4,#0DHMOV 50H,#02H ;25攝氏度MOV 51H,#05HMOV R7,#02HLCALL JIALCALL CLLJMP LOOPL3:MOV A,R1SUBB A,#8AHJNC L4

20、MOV R2,#05HMOV R3,#7DHMOV R4,#0EHMOV 50H,#03H ;30攝氏度MOV 51H,#00HMOV R7,#02HLCALL JIAMOV A,50H ;如果是20幾度要加5攝氏度SUBB A,#03HJNC TECLR CMOV A,51HADD A,#05HMOV 51H,ATE:LCALL CLLJMP LOOPL4:MOV A,R1SUBB A,#0A3HMOV R2,#0AHMOV R3,#8AHMOV R4,#19HMOV 50H,#04H ;40攝氏度MOV 51H,#00HMOV R7,#03HLCALL JIALCALL CLLJMP LO

21、OPLOOP: MOV DPTR,#CON8279 ;寫顯示RAM命令字 MOV A,#90H ;選中LEDMOVX DPTR,AMOV R0,#50H ;存放轉(zhuǎn)換結(jié)果地址初值送R0MOV R1,#02H ;保證50，51H中數(shù)據(jù)都顯示MOV DPTR,#DATA8279 ;8279數(shù)據(jù)口地址DL0: MOV A,R0ACALL TABLE ;轉(zhuǎn)換為顯碼MOVX DPTR,A ;送顯碼輸出INC R0DJNZ R1,DL0LCALL DEL1LJMP STARTDEL1: MOV R6,#255 ;延時一段時間使顯示穩(wěn)定DEL2: MOV R5,#255DEL3: DJNZ R5,DEL3DJ

22、NZ R6,DEL2RET CL:MOV A,50H ;報警程序MOV R0,#51HSWAP AORL A,R0 ;將模擬量高低位結(jié)合C0: CJNE A,#16,C1LCALL CHAJMP CENDLC1:DEC AJNZ C0SETB P1.1 ;小于10攝氏度CLR P1.0CENDL: NOP RETCH: MOV A,50HMOV R0,#51HSWAP AORL A,R0C2: CJNE A,#48,C3SETB P1.0 ;大于30攝氏度AJMP CENDHC3:DEC ACJNE A,#0AH,C2CLR P1.0 ;正常范圍CENDH: CLR P1.1RETJIA:CLR C ;模擬量轉(zhuǎn)換為溫度值MOV A,R1SUBB A,R3MOV B,R2MUL ABMOV B,R4DIV ABMOV 52